一种反激开关电源电路的制作方法

1.本技术涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种反激开关电源电路。


背景技术：

2.开关电源是一种高频电能转换装置，其可以通过控制开关管开通和关断的时间比例，将电源输入转换为可调节的稳定的电压输出。开关电源采用电子元器件和高频变压器制作而成，工作原理是将高压电由二极管变成高压直流电，再经高频开关变换电路，转换成高频低压脉冲电源，再经二极管整流、电容滤波，最后变成平滑的低压直流电输出。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用在大量电子设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。
3.开关电源按照变压器的工作方式不同可以分为正激开关电源和反激开关电源，其中，反激开关电源的原边开关管导通时给变压器存储能量，原边开关管截止时，变压器的能量释放到负载侧。反激开关电源在正常工作时，开关管由导通变为关断时，变压器的初级和次级线圈都会产生较大的漏感，从而会降低开关电源变压器的工作效率，并且漏感还会产生反电动势，极易击穿开关管。因此，目前需要一种能够有效解决反激开关电源的漏感的方案，以保证反激开关电源的工作效率和电路安全性。


技术实现要素：

4.针对现有技术中反激开关电源电路中存在的漏感问题，本技术实施例提供了一种反激开关电源电路。所述技术方案如下：所述反激开关电源电路包括原边电路和副边电路，所述原边电路包括电源母线、变压器原边线圈、开关模块、第一电容c1、第一电感l1、第一二极管d1和第二二极管d2；所述变压器原边线圈和所述开关模块串联接入所述电源母线和地线之间，所述第一二极管d1、第一电感l1和第二二极管d2依次串联接入所述电源母线和地线之间，所述第一二极管d1的阴极与所述电源母线相连，所述第二二极管d2的阳极与地线相连，所述第一储能电容c1一端与所述第一电感l1的正极相连，另一端连接于所述开关模块和所述变压器原边线圈之间；所述第一电容c1和所述第一电感l1用于通过谐振消除所述开关模块关断时产生的漏感能量。
5.通过采用上述技术方案，在现有的反激开关电源电路的基础上，针对开关模块关断时产生的漏感能量，引入了lc振荡的理念，通过电容在开关模块关断时吸收电能，在开关模块导通时释放电能，并利用电感吸收电容释放的电能，再将电能回馈到电流母线中，从而通过在现有反激开关电源电路中加入少量的元器件，即可实现针对漏感能量的自适应消除，无需引入其它有源元器件，在保证电路设计成本的同时，提高了反激开关电源电路的工作效率和电路安全性。
6.可选的，所述第一电容c1，具体用于在开关模块关断时储存漏感能量，在开关模块
导通时释放漏感能量；所述第一电感l1具体用于吸收所述第一电容c1释放的漏感能量，并在开关模块关断时将漏感能量反馈至所述电源母线。
7.通过采用上述技术方案，在开关模块关断时，变压器原边线圈将产生漏感能量，此时第一电容c1和第一电感l1可以通过lc谐振原理，吸收并消除该漏感能量，并可以进一步将漏感能量反馈至电源母线中。
8.可选的，当所述开关模块关断时，加载在所述第一电容c1的电压为v
c1
＝v
in
n
×vout
v
δ
，其中，v
in
为电源母线的输入电压，v
out
为输出电压，n为变压器匝比，v
δ
为漏感电压。
9.可选的，所述第一电容c1的容抗其中，l
δ
为所述开关模块关断时所述变压器原边线圈产生的等效漏感，i
peak
为流经所述变压器原边线圈的电流峰值，u
c1
为预设的所述第一电容c1的充电电压峰值。
10.通过采用上述技术方案，通过联立能量公式，以需要控制的漏感能量和流经变压器原边线圈的电流峰值为参考，动态调整第一电容c1的容抗，以实现对第一电容c1的充电电压峰值进行精确控制。
11.可选的，所述第一电感l1的感抗l
l1
＝(t
on
·
a/2π)2/c
c1
，其中，t
on
为所述开关模块的导通时间，a为所述第一电容c1在所述开关模块导通时，电压下降v
δ
的时间和振荡周期的比值。
12.通过采用上述技术方案，根据第一电容c1的容抗对第一电感l1的感抗进行调整，以对第一电容c1和第一电感l1间的振荡周期进行控制，使得第一电容c1释放漏感能量所需的时间，恰好与开关模块的导通时间相等，即开关模块每一次关断和导通时，仅有漏感能量参与lc振荡，第一电容c1上其它能量不参与lc振荡，这样，可以提高电路的振荡效率，减少电能损失。
13.可选的，所述原边电路还包括第三二极管d3，所述第三二极管d3的阳极与所述第二二极管d2的阴极连接，所述第三二极管d3的阴极与所述电源母线相连。
14.通过采用上述技术方案，在第一电感l1和第二二极管d2的连接处与直流母线间添加第三二极管d3，可以将该连接处的电压钳制在v
in
，从而可以避免第二二极管d2被电压尖刺反向击穿，提高了电路运行的安全性和稳定性。
15.可选的，所述反激开关电源电路为大功率反激开关电源电路。
16.可选的，所述副边电路包括变压器副边线圈、第四二极管d4，极性电容c2和负载；所述第四二极管d4串联在所述变压器副边线圈的正极，所述极性电容c2和负载并联在所述变压器副边线圈的正极和负极之间。
17.通过采用上述技术方案，通过第四二极管d4对变压器副边电路进行保护，阻挡可能产生的反向电流，通过极性电容c2去除变压器副边电路上的噪声，提高输出电压的稳定性。
18.综上所述，本技术具有以下有益效果：通过采用上述技术方案，在现有的反激开关电源电路的基础上，针对开关模块关断时产生的漏感能量，引入了lc振荡的理念，通过电容在开关模块关断时吸收电能，在开关模块导通时释放电能，并利用电感吸收电容释放的电能，再将电能回馈到电流母线中，从而通过在现有反激开关电源电路中加入少量的元器件，即可实现针对漏感能量的自适应消
除，无需引入其它有源元器件，在保证电路设计成本的同时，提高了反激开关电源电路的工作效率和电路安全性。
附图说明
19.图1为本技术实施例中一种反激开关电源电路示意图；图2为本技术实施例中一种反激开关电源电路示意图；图3为本技术实施例中一种反激开关电源电路示意图；附图标记说明：1、原边电路；2、副边电路；3、开关模块。
具体实施方式
20.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
21.本技术实施例提供了一种反激开关电源电路，该反激开关电源电路可以用于对外提供直流电压，且可以保持较大功率的电能输出，即本技术实施例可以适用于大功率反激开关电源电路。参照图1所示，所述反激开关电源电路以变压器为核心可以分为原边电路和副边电路，原边电路接入外界电源，用于在变压器中存储能量，副边电路可以接入负载，用于将变压器中存储能量提供给负载。
22.上述原边电路可以包括电源母线、变压器原边线圈、开关模块、第一电容c1、第一电感l1、第一二极管d1和第二二极管d2，其中，所述变压器原边线圈和所述开关模块串联接入所述电源母线和地线之间，可以构成现有技术中的反激开关电源的原边电路，除此之外，变压器原边线圈还可以包括第一电容c1、第一电感l1、第一二极管d1和第二二极管d2。
23.其中，所述第一二极管d1、第一电感l1和第二二极管d2依次串联接入所述电源母线和地线之间，所述第一二极管d1的阴极与所述电源母线相连，所述第二二极管d2的阳极与地线相连，所述第一储能电容c1一端与所述第一电感l1的正极相连，另一端连接于所述开关模块和所述变压器原边线圈之间。这样，在开关模块关断时，变压器原边线圈将产生漏感能量，此时第一电容c1和第一电感l1可以通过lc谐振原理，吸收并消除该漏感能量，并可以进一步将漏感能量反馈至电源母线中。
24.具体来说，在开关模块关断时，变压器原边线圈将产生漏感能量，变压器原边线圈、第一电容c1和第一二极管d1形成针对第一电容c1的充电回路，第一电容c1进入充电状态，开始储存包含漏感能量的电能。在开关模块导通时，第一电容c1、开关模块、第二二极管d2、第一电感l1构成针对第一电容c1的放电回路，第一电容c1释放储存的电能，第一电感l1基于lc谐振原理吸收第一电容c1释放的电能。而当开关模块再次关断时，第一二极管d1、第一电感l1和第二二极管d2形成针对第一电感l1的放电回路，第一电感l1释放电能，并将电能由第一二极管d1反馈至电源母线。
25.参照图2所示，变压器副边电路可以包括包括变压器副边线圈、第四二极管d4，极性电容c2和负载；所述第四二极管d4串联在所述变压器副边线圈的正极，所述极性电容c2和负载并联在所述变压器副边线圈的正极和负极之间。第四二极管d4用于对变压器副边电
路进行保护，阻挡可能产生的反向电流，极性电容c2用于去除变压器副边电路上的噪声，提高输出电压的稳定性。
26.进一步的，当开关模块关断时，变压器副边线圈的输出电压为v
out
，变压器原/副边线圈匝比为n，则变压器原边线圈上的压降为n
·vout
，考虑到变压器原副边同名端电压相等，则变压器原边线圈和第一电容c1的连接端为高压端，变压器原边线圈和电源母线的连接端为低压端。同时，在开关模块关断时，变压器原边线圈产生漏感，变压器原边线圈和第一电容c1的连接端处存在有漏感电压v
δ
，因此，当开关模块关断时，加载在所述第一电容c1的电压为v
c1
＝v
in
n
×vout
v
δ
。
27.可选的，开关模块关断时产生的漏感能量为其中,l
δ
为开关模块关断时变压器原边线圈产生的等效漏感,i
peak
为流经变压器原边线圈的电流峰值。第一电容c1用于吸收漏感能量，即存在能量公式其中，u
c1
为预设的第一电容c1的充电电压峰值，即当第一电容c1充满电时正极与负极的电压差。联立前述两个能量公式，可以得到第一电容c1的容抗
28.可选的，第一电容c1在开关模块关断时，进入充电状态，吸收漏感能量，以及电源母线和变压器原边线圈提供的能量，而在开关模块导通时，第一电容c1释放储存的能量，当开关模块再次关断时，第一电容c1再次进入充电状态，继续储存能量。为了保证第一电容c1和第一电感l1的lc振荡效率，在最优情况下，开关模块导通期间，第一电容c1刚好将漏感能量释放完毕，而保留电源母线和变压器原边线圈提供的能量。因此，可以通过设计第一电感l的感抗来实现上述目的。具体的，设第一电容c1在放电阶段，电压由u
c1
下降v
δ
的时间为
△
t，第一电容c1和第一电感l1的振荡周期为当开关模块的导通时间t
on
与
△
t相等时，即可满足第一电容c1上的漏感能量被释放完毕，而其余能量不参与振荡，因此，设
△
t和t
lc
的比值a，存在可以得到l
l1
＝(t
on
·
a/2π)2/c
c1
。
29.可选的，参考图3，原边电路还包括第三二极管d3，第三二极管d3的阳极与第二二极管d2的阴极连接，第三二极管d3的阴极与电源母线相连。在开关模块再次关断时，第一电感l1通过电流的形式将已存储的能量反馈至电源母线，在能量反馈过程中，电流逐渐减少，第一二极管d1和第二二极管d2上将产生反向恢复电压，那么第一电感l1和第二二极管d2的连接处将产生较高的电压尖刺。因此，在该连接处(第一电感l1和第二二极管d2之间)与直流母线间添加第三二极管d3，可以将该连接处的电压钳制在v
in
，从而可以避免第二二极管d2被电压尖刺反向击穿，提高了电路运行的安全性和稳定性。
30.通过采用上述技术方案，在现有的反激开关电源电路的基础上，针对开关模块关断时产生的漏感能量，引入了lc振荡的理念，通过电容在开关模块关断时吸收电能，在开关模块导通时释放电能，并利用电感吸收电容释放的电能，再将电能回馈到电流母线中，从而通过在现有反激开关电源电路中加入少量的元器件，即可实现针对漏感能量的自适应消除，无需引入其它有源元器件，在保证电路设计成本的同时，提高了反激开关电源电路的工作效率和电路安全性。
31.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或者具有类似目的的替代
特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。